10 Mekaniska och fysiska egenskaper hos stål

De mekaniska och fysiska egenskaperna hos stål kan variera kraftigt beroende på dess sammansättning och procentuella föroreningar (såsom fosfor eller svavel).

På det sättet kan stålet legeras med krom, kobolt, koppar, molybden, nickel, kväve, selen, tantal, titan, volfram eller vanadin när man vill uppnå bättre mekaniska och fysiska egenskaper gentemot andra.

Stålets sammansättning och egenskaper varierar mycket. Stål i allmänhet har en lägre kolhalt än den som finns i järn och ett lägre antal föroreningar än de som finns i andra metaller.

I allmänhet varierar fysikaliska egenskaper som täthet, elektrisk och värmeledningsförmåga inte mycket från en legering till en annan.

De mekaniska egenskaperna, såsom styrkan, duktiliteten och hårdheten, beror dock starkt på stållegeringens typ och legering.

Huvud mekaniska egenskaper hos stål

1- Plastitet

Det är stålets förmåga att behålla sin form efter att ha utsatts för en ansträngning. Stålen som legeras med små procentandelar kol, är mer plastiska.

2- Bräcklighet

Bräcklighet är det lätthet med vilket stål kan brytas när det utsätts för en ansträngning. När stål legeras, med en hög andel kol, tenderar det att vara skörtare.

3- Smältbarhet

Smältbarheten är den anläggning som stålet ska lamineras. På detta sätt tenderar vissa rostfria legeringar att vara smidigare än andra.

4- Hårdhet

Hårdheten är motståndet som motsätter sig en metall mot slipmedel. Ju mer kol tillsätts till en stållegering desto hårdare blir det (Kailas, nd)

5- Fasthet

Täthet är konceptet som betecknar stålets förmåga att motstå tillämpningen av en yttre kraft utan att bryta.

När det gäller stål med en medelhaltig kolkoncentration tenderar tätheten att vara högre (Kapitel 6. Mekaniska egenskaper hos metaller, 2004).

Huvudsakliga fysikaliska egenskaper hos stål

1- kropp

De inkluderar egenskaperna relaterade till stålets vikt, dess volym, massa och densitet.

2- Termisk

Det hänvisar till tre grundläggande aspekter av stål: dess förmåga att genomföra temperatur (ledning), dess potential att överföra värme (konvektion) och dess förmåga att utstråla infraröd strålar i mediet (strålning).

3- el

De hänvisar till stålets förmåga att genomföra elektrisk ström.

4- optik

Dessa egenskaper vid stål betecknar dess förmåga att reflektera ljus eller avge ljusstyrka. I den utsträckning att rostfritt stål legeras med en högre andel aluminium, kommer bättre optiska egenskaper att ha.

5- Magnetisk

Det hänvisar till stålets förmåga att induceras eller att framkalla ett elektromagnetiskt fält.

Ju högre andelen järn i stållegeringen desto större är dess förmåga att fungera som en magnet (Sandhyarani, 2016).

Typer av stål

Olika typer av stål produceras enligt deras tillämpning, därför måste de mekaniska och fysikaliska egenskaperna hos dessa ståltyper vara olika.

På detta sätt har olika skalor skapats för att klassificera stål enligt dess egenskaper (elasticitet, densitet, smältpunkt, värmeledningsförmåga, styrka, hårdhet bland annat).

Att tillverka olika typer av stål använder tillverkare olika koncentrationer av andra metaller för att göra legeringar.

Tillverkningsprocessen och sättet att stålet bearbetas har också ett betydande inflytande på den erhållna slutprodukten.

Enligt det amerikanska Iron and Steel Institute (AISI för sin akronym på engelska) kan stål kategoriseras i fyra huvudgrupper, enligt deras kemiska sammansättning:

  • Kolstål
  • Legerat stål
  • Rostfritt stål
  • Verktygsstål

Egenskaper av kolstål

Kolstål härrör från legeringen mellan järn och kol. Genom att variera procentandelen kol är det möjligt att producera stål med olika egenskaper. I allmänhet är ju högre procentuellt kol, desto hårdare och styva stålet kommer att vara.

Stål med en låg andel kol är känd på marknaden som smidesjärn. Denna typ av stål är lätt att hantera eftersom det är mycket plast.

Av den anledningen används det ofta för att producera galler, dekorativa applikationer eller lampstolpar.

Stål med ett genomsnittligt kolinnehåll är mycket tålamod, vilket är anledningen till att det används för att göra broar eller konstruktionsdelar som kan stödja enorma belastningar.

För sin del används stål med högt kolinnehåll för att göra kablar. När procentandelen kol är större än järn talar vi om gjutjärn, vilket används för att göra vaser och andra föremål.

Även om den här typen av stål är ganska svår, är den också mycket bräcklig (Material, 2014).

Egenskaper av legerat stål

Alloy stål är ett som tillverkas med en liten andel av en eller flera metaller andra än järn.

De metaller som läggs till legeringen har möjlighet att ändra stålets egenskaper.

Till exempel resulterar stål i järn, krom och nickel i rostfritt stål. När aluminium läggs till denna legering, är resultatet mera formbart och enhetligt i utseende.

När manganlegeringar tillsätts kan de uppnå exceptionell styrka och hårdhet.

Egenskaper av rostfritt stål

Rostfritt stål innehåller mellan 10 och 20% krom, en faktor som gör att den är mycket resistent mot korrosion och oxidation.

När stål innehåller 11% krom, är det cirka 200 gånger mer korrosionsbeständigt än stål som inte innehåller krom. Det finns tre grupper av rostfritt stål:

Austenitiskt stål : det är det som har en större koncentration av krom och en liten andel nickel och kol.

Det används vanligtvis för livsmedelsförädling och rör. Det är lätt att känna igen, eftersom det inte är magnetiskt.

Ferritisk stål : det är typen av stål som innehåller cirka 15% krom, men endast några spår av kol och andra metaller som molybden, aluminium eller titan.

Denna typ av stål är magnetisk, mycket hård och resistent. Det kan härdas när det fungerar kallt.

Martensitiskt stål : det är en som innehåller måttliga mängder krom, nickel och kol. Det är mycket magnetiskt och behandlas vid höga temperaturer.

Martensitiskt stål används vanligen för att göra skärverktyg som knivar och kirurgisk utrustning.

Verktygsstålegenskaper

Verktygsstålet är mycket slitstarkt, motståndskraftigt mot temperatur och med ganska hög hårdhet.

Innehåller volfram, molybden, kobolt och vanadin. Det är det som brukade göra borrar (Bell, 2017).